Edelmetall-Nanopartikel

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TEM-Bild von Silbernanopartikeln (15 nm)

Was sind "Edelmetall-Nanopartikel"?
Diese hochfunktionalen Materialien werden durch präzise Kontrolle von Edelmetallen wie Gold und Platin im Nanoskalabereich hergestellt und weisen je nach Partikelstruktur und Oberflächeneigenschaften eine Vielzahl von Eigenschaften auf. Variationen wie Gold-Nanoschalen-Partikel und Metallcluster werden entwickelt, und verschiedene Anwendungen werden in den Bereichen Katalyse, Analyse und Biologie erwartet.

Edelmetall-Nanopartikel mit Eigenschaften, die sich von denen in großen Mengen und von Molekülen unterscheiden.

Wir entwerfen und synthetisieren Nanopartikel aus Edelmetallen mit neuen Funktionen, die in herkömmlichen Materialien nicht zu finden sind, und entwickeln neue Materialien, die zur Lösung gesellschaftlicher Probleme beitragen können.

Mit Polymer geschützte Nanopartikel

Nanopartikel sind Materialien, die allgemein als solche definiert werden, die eine Größe zwischen 1 und 100 nm haben und spezifische Eigenschaften aufweisen, die sich von denen von Massemetallen und Molekülen unterscheiden. Sie werden voraussichtlich in verschiedenen Anwendungen, einschließlich Katalysatoren, eingesetzt. Durch die Modifikation der Oberfläche von Nanopartikeln mit Polymeren, die als Schutzmittel bezeichnet werden, können sie stabil in Lösungsmitteln dispergiert werden.

Edelmetall-Nanopartikel

Typische Nanopartikelösung, die von uns als Probe bereitgestellt wird.
Produktname	Edelmetalle	Partikelgröße (nm)	Schutzmittel	Dissipative Art
Produktname	Edelmetalle	Partikelgröße (nm)	Schutzmittel	Edelmetallkonzentration (Gew.-%)	Lösungsmittel
Au PVP	Au	5～10	PVP^※1	4	Wasser
Pt PVP	Pt	2
Pd PVP groß	Pd	5～20
Pd PVP fein	Pd	4
Pt PAA	Pt	2	PAA^※2	2
Pt PEI	Pt	3～5	PEI^※3	～0.5

^※1：PVP; Polyvinylpyrrolidon
^※2：PAA; Polyacrylsäure
^※3：PEI; Polyethylenimin
Wir können auch auf Anfrage andere Produkte prototypisieren.
*Das Thema der Massenproduktion wird separat besprochen.

TEM-Bild

Gold-Nanoschalen-Partikel

Gold-Nanoschale mit einer Dicke von 10 nm

Silica-Nanopartikel, die mit Au (Gold-Nanoschalenpartikeln) beschichtet sind. Die Gesamtgröße der Gold-Nanoschalenpartikel kann zwischen 80 nm und 250 nm kontrolliert werden, um eine breite Palette optischer Eigenschaften zu bieten.

Eigenschaften

Mit einer Schalenstärke von weniger als 10 nm kann es die Energie des einfallenden Lichts effizient absorbieren, und die gesamte spezifische Dichte des Partikels wird verringert, was ebenfalls zur Stabilität der Dispersion beiträgt.
Kann stabil in Wasser und organischen Lösungsmitteln dispergiert werden.
Partikel, die mit Schutzmitteln geschützt sind, können mit einer Au-Konzentration von etwa 20 Gew.-% hergestellt werden.

STEM-Bild eines Gold-Nanoschalen-Partikel (220 nm) — **STEM-Bild eines Gold-Nanoschalen-Partikels (220 nm)**

Weißer Kontrast mit Gold

Links: 100 nm, Rechts: 220 nm

Diese Technologie wird voraussichtlich für optische Materialien eingesetzt, die auf sichtbares Licht sowie auf Licht im nahen Infrarotbereich reagieren, wie kolloidale Kristalle, oberflächenverstärkte Ramanstreuung und photothermische Umwandlungsstoffe. Darüber hinaus wird erwartet, dass sie in optischen Geräten Anwendung findet, einschließlich optischer Displays, die in LCDs verwendet werden und eine hohe Bildqualität erfordern, optischen Sensoren, plasmonischen Nanoantennen und Biosensoren, die bei der Krebsfrüherkennung eingesetzt werden.

Anisotrope Edelmetall-Nanopartikel

SEM-Bild eines Goldnanowürfels mit einer Seitenlänge von etwa 50 nm. — Goldnanowürfel mit einer Seitenlänge von etwa 50 nm.

Präzisionssteuerbarer Gold-Nanowürfel

Eine Seite des Würfels kann präzise zwischen etwa 20 und 100 nm kontrolliert werden. Die Kantenform kann ebenfalls von scharf zu abgerundet angepasst werden. Im Gegensatz zu einer isotropen Kugel tritt Anisotropie im verstärkten elektrischen Feld aufgrund der lokalisierten Oberflächenplasmonresonanz auf, abhängig von der Richtung und dem Winkel des einfallenden Lichts.

Simulation der Verstärkung des elektrischen Feldes von Goldnanowürfeln.

Bei der Simulation der elektrischen Feldverstärkung eines 50 nm großen Goldnanowürfels wurde festgestellt, dass bei einfallendem Licht, das in x-Richtung polarisiert ist, Licht (elektrisches Feld) mit einer Intensität, die Hunderte Male höher ist als die des einfallenden Lichts, an der Randspitze konzentriert wird.

Eigenschaften

Synthetischer Quarz kann in verschiedenen Formen hergestellt werden, einschließlich Würfel, Stab und Prisma.
Die Spitzenwellenlänge der lokalisierten Oberflächenplasmonresonanz kann durch die Kontrolle von Form und Größe von sichtbar bis infrarot gesteuert werden.
Anisotrope Partikel können als Kern verwendet werden, und andere Metalle können auf die Oberfläche aufgebracht werden.

Diese Technologie wird voraussichtlich für optische Materialien verwendet, die auf sichtbares Licht und Licht im Infrarotbereich reagieren, wie zum Beispiel für die photoelektrische Umwandlung, die photothermische Umwandlung und die Photokatalyse. Darüber hinaus wird erwartet, dass sie in der Bioimaging in Kombination mit Biomolekülen angewendet wird.

Quantenpunkte

Quantenpunkte, die verschiedene Lichtarten nutzen können

Dies sind Halbleiter-Nanopartikel, die als Quantenpunkte bekannt sind. Durch das angemessene Mischen mehrerer Metallarten und Chalkogene ist es möglich, mehrkomponentige Halbleiter-Nanokristalle mit einheitlicher Partikelgrößenverteilung zu erzeugen.

Eigenschaften

Die Bandlückenbreite (Absorptionswellenlänge) kann durch die Kontrolle der Kernzusammensetzung und der Partikelgröße angepasst werden.
Ein breites Spektrum von Wellenlängen, von sichtbarem Licht über nahes Infrarot (Near-InfraRed, NIR) bis hin zu kurzwelliger Infrarotstrahlung (Short Wavelength InfraRed, SWIR), kann verwendet werden.
Durch die Kern-Schalen-Strukturierung von Partikeln und die Dotierung mit bestimmten Atomen können hochleistungsfähige Quantenpunkte hergestellt werden.
Enthält kein Blei oder andere umweltschädliche Substanzen.
Die Filmformation ist möglich durch Spin-Beschichtung oder andere einfache Methoden, da Tinte, die stabil in organischen Lösungsmitteln dispergiert ist, hergestellt werden kann.

Beispiel 1 zur Kontrolle der Größe von Quantenpunkten. — **Beispiele für die Partikelgrößensteuerung von Quantenpunkten**

Beispiel ② zur Kontrolle der Größe von Quantenpunktpartikeln

**Querschnittsbild von filmgebildeten Partikeln durch Spin-Beschichtung.**

Diese Technologie wird voraussichtlich in verschiedenen Bereichen angewendet, die Licht nutzen. Insbesondere wird erwartet, dass sie für Materialien zur photoelektrischen Umwandlung wie Solarzellen, optische Sensoren sowie für lumineszente Materialien für Laser und Bildgebung verwendet wird.

Metallcluster

Ag12 Cluster molekulares Modell — Ag₁₂Cluster-Molekülmodell

Edelmetallcluster, die durch Linkermoleküle verbunden sind.

Metallcluster, die durch die Kombination von mehreren bis mehreren Dutzend Metallatomen gebildet werden, sind feine Partikel mit einer Partikelgröße von 4 nm oder weniger und ziehen als Bausteine funktionaler Nanomaterialien Aufmerksamkeit auf sich. Im Allgemeinen werden sie instabiler, je kleiner die Partikelgröße wird, weshalb wir Materialien entwickelt haben, die durch organische Moleküle, sogenannte Linker, verbunden sind.

Eigenschaften

Eine hohe strukturelle Stabilität wurde durch die molekulare Anordnung unter Verwendung von Verbindungs-Molekülen erreicht.
Es wird erwartet, dass die Aufrechterhaltung einer bestimmten Distanz zwischen Clustern zu homogenen physikalischen Eigenschaften führt.
Bildet eine spezifische Blattstruktur mit Clustern, die in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind und eine hohe Kristallinität aufweisen.

SEM-Bild und molekulares Modell von Ag₁₂-Clusteraggregaten

Molekulares Modell des Ag12 Clusteraggregats

Verwandte Literatur:

DAS, Saikat, et al. Materialien, die aus Silberclustern zusammengesetzt sind, zur label-freien DNA-Detektion.
Chemical Communications, 2023, 59.27: 4000-4003.

Diese Technologie wird voraussichtlich für chemische Sensoren, Katalysatoren und Materialien für elektronische Geräte anwendbar sein.